El Dr. Joseph Woo ama la fotosíntesis. Y por una buena razón: las plantas pueden no ser tan lindas como los pandas, pero es gracias a su alquimia química que todos nosotros aquí en la Tierra estamos vivos y respirando. Desde el fitoplancton microscópico hasta las altas secuoyas, estos superhéroes nos mantienen vivos al absorber dióxido de carbono y luz solar, y luego producir milagrosamente oxígeno y azúcar.
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Pero hay otra razón por la que al Dr. Woo le encanta la fotosíntesis. Cuando tiene un ataque cardíaco, hay dos cosas que su corazón necesita de inmediato para comenzar a reparar su tejido dañado: oxígeno y azúcar. Ahora, el Dr. Woo, profesor y cirujano cardíaco de la Universidad de Stanford, cree que ha encontrado la manera de utilizar a algunos de nuestros amigos más pequeños de fotosíntesis para ayudar a nuestros corazones a sanarse.
En un estudio publicado esta semana en Science Advances, el Dr. Woo y su equipo muestran cómo reemplazaron con éxito la sangre con cianobacterias microscópicas, organismos similares a plantas que también usan la fotosíntesis. Al cooptar el proceso para ayudar a sanar el tejido cardíaco dañado, el equipo pudo proteger a las ratas de la insuficiencia cardíaca mortal. Al parecer, reparar un corazón enfermo puede ser tan simple como arrojar luz sobre la situación.
Los ataques cardíacos atacan a 735, 000 estadounidenses cada año, y las enfermedades cardíacas son la principal causa de muerte en todo el mundo. Un ataque al corazón ocurre cuando algo bloquea el flujo de sangre al corazón, impidiendo que el oxígeno llegue a este músculo crucial. Para los cardiólogos, el desafío para prevenir la insuficiencia cardíaca posterior es suministrar rápidamente oxígeno y nutrientes a los tejidos cardíacos dañados. Pero "si se observa la naturaleza, la fotosíntesis responde a esa pregunta", dice el Dr. Jeffrey Cohen, becario postdoctoral en Stanford Medicine y autor principal del estudio.
Si un corazón dañado fuera fotosintético, dice el Dr. Cohen, no necesitaría depender de la sangre para reabastecer oxígeno y azúcar a sus tejidos. Todo lo que necesitaría era el sol. "Permitiría que la luz se convierta en su fuente de combustible, en lugar de sangre", dice el Dr. Cohen. Por desgracia, el corazón no es una planta. Entonces, los investigadores probaron la siguiente mejor opción: inyectarle bacterias similares a las plantas.
El Dr. Woo y su equipo comenzaron probando algunas plantas familiares y reales: "Molimos la col rizada y las espinacas", dice. Intentaban separar los cloroplastos, los orgánulos fotosintéticos dentro de cada célula de la planta, pero descubrieron que una vez aislados, se volvían rápidamente inactivos. Lo que los investigadores necesitaban en cambio eran máquinas fotosintéticas autónomas, que pudieran funcionar como invernaderos en miniatura para el corazón.
Entran las cianobacterias. Estos pequeños organismos se ganan la vida absorbiendo dióxido de carbono y agua y escupiendo oxígeno. En el océano, están en la base de la cadena alimentaria, produciendo el oxígeno y el azúcar que otros organismos hambrientos explotan rápidamente. "Sirven como salvavidas para todo lo demás", dice Adam Martiny, profesor de ecología y biología evolutiva en la Universidad de California en Irvine, que estudia un tipo común de cianobacterias llamado Synechococcus.
Con la ayuda de los microbiólogos de Stanford, el Dr. Woo y su equipo cultivaron una cepa de Synechococcus en su laboratorio e inyectaron en el tejido cardíaco dañado de una rata viva. Luego, encendieron las luces. Después de 20 minutos, vieron un aumento del metabolismo en las áreas dañadas. El rendimiento cardíaco general mejoró después de aproximadamente 45 minutos. La evidencia sugiere que el Synechococcus de oxígeno y azúcar creado a través de la fotosíntesis estaba mejorando la reparación del tejido.
Después de inyectar bacterias vivas en un órgano del cuerpo, puede esperar una infección. Pero curiosamente, los investigadores no encontraron ninguna respuesta inmune después de una semana de monitoreo. "Los errores ya no están allí, desaparece", dice el Dr. Woo. "Y tal vez ese es el mejor tipo de bacteria", un ayudante amigable que se queda para controlar el daño y luego desaparece sin dejar rastro.
Un problema potencial para hacer de este procedimiento un tratamiento viable es su tiempo y complejidad, señala el Dr. Morteza Naghavi, Presidente Ejecutivo de la Sociedad para la Prevención y Erradicación del Ataque Cardíaco en Houston, Texas, que no participó en el estudio. El tratamiento de los ataques cardíacos es una carrera contra el reloj, y para cuando los pacientes sean transferidos a un centro especial equipado para inyectar cianobacterias en el corazón, podría ser demasiado tarde. "Requiere una gran cantidad de inversión y tecnología", dice el Dr. Naghavi.
Sin embargo, el hecho de que los investigadores aún vieran corazones más saludables en las ratas que se sometieron a tratamiento después de un mes podría ser un resultado prometedor. "Si todo sale como los investigadores lo quieren, sería una terapia enorme para las personas que han tenido [ataques cardíacos]", dice el Dr. Naghavi. "Es una idea descabellada", pero podría funcionar.
El Dr. Woo y su equipo razonan que Synechococcus equilibra una ecuación química alterada por un ataque cardíaco. Usar la luz como combustible para la comida puede ser un concepto novedoso para un corazón humano, pero es un viejo sombrero para las cianobacterias en sus hábitats naturales.
Si bien Martiny, el microbiólogo ambiental de Irvine, quedó impresionado por el ingenio de los cardiólogos , la idea de cuán críticas son las cianobacterias para la vida no es nueva. Los microbiólogos ambientales estudian las cianobacterias como Synechococcus precisamente porque influyen profundamente en el medio ambiente global. "Es muy literal en este caso", dice sobre el estudio, "pero también es bastante literal en el océano, teniendo en cuenta que la mitad del oxígeno que respiramos proviene del fitoplancton".
"Fue fascinante que pudieran usar un organismo tan pequeño para limpiar los desechos en un sistema", agrega, refiriéndose a cómo las cianobacterias en el estudio absorbieron la acumulación de dióxido de carbono y la usaron para la fotosíntesis, al igual que en la naturaleza. "Proporcionan oxígeno allí como lo hacen en el océano para que vivamos".
El estudio reciente es meramente una prueba de concepto, pero los científicos ahora están en el camino de probar la técnica en humanos. Luego lo probarán en modelos animales más grandes que están más cerca de los humanos, y están trabajando en formas de administrar y dar luz a las cianobacterias sin una cirugía a corazón abierto. Incluso están considerando editar Synechococcus genéticamente para hacer que las criaturas liberen más azúcar.
Para muchos cardiólogos, la raíz del problema no radica en controlar los ataques cardíacos después de que ocurran, sino en prevenirlos en primer lugar. "Tratar a los pacientes después de un ataque cardíaco como tratar de poner un candado en un establo después de que los caballos son robados", dice el Dr. Naghavi, y señala que la mayoría de los tratamientos solo retrasan la eventual insuficiencia cardíaca. Pero dado que muchos estadounidenses sufren ataques cardíacos, y probablemente continuarán haciéndolo, vale la pena desarrollar tratamientos innovadores para ayudarlos a recuperarse, dice el Dr. Cohen.
Incluso algo tan poco probable como tratar de reemplazar la sangre con cianobacterias, dice, podría ayudar a salvar vidas. El desafío, como él lo expresa, "no es algo que yo tome a la ligera".
